玩轉高中化學實驗

2008年8月，王祖浩等首次翻譯了2005年美國高中主流理科教材《化學概念和應用》，其新觀念、新學法及全新的視野讓我大開眼界、愛不釋手。下面我以該教材中的《家用酸和堿》實驗為例，從人性化實驗安全與綠色化學、生活化實驗內容與多種化探究方法這三個方面進行賞析，以期對我國中學化學實驗教學改革有所啟示。

一、教材第14章酸、堿和pH中的《家用酸和堿》實驗

1.實驗內容。

（1）導語

通常用指示劑估計溶液的大致pH。在本實驗中，你將制作紅色卷心菜汁指示劑，并用它測試各種家用液體的pH。卷心菜汁指示劑中含有的花青素分子，是使顏色變化的原因。

（2）問題探究

不同種類家用液體的pH大致是多少？

（3）實驗目標

測定并比較各種家用液體的pH。

根據各種液體的化學組成比較它們的用途。

（4）實驗準備

實驗器材：紅色卷心菜、電爐、燒杯鉗、100mL燒杯（2只）、蒸餾水、吸液管（9支）、96孔點滴板、白紙片、100mL量筒、牙簽。

待測溶液：滴眼液、檸檬汁、白醋、食鹽、肥皂、發酵粉、硼砂、潔凈劑。

安全警示圖標如下：

穿上實驗服并戴上護目鏡，用燒杯鉗夾熱的燒杯。某些待測溶液有腐蝕性，避免與皮膚和眼睛接觸，如果不慎沾到，則立即用大量水清洗，并及時告知老師。

2.實驗步驟。

（1）把一片紅色卷心菜葉子撕成碎片后，放在100mL的燒杯中，加入30mL的蒸餾水。

（2）在電爐上加熱燒杯中水至沸騰，得到深紫色溶液。用燒杯鉗取下熱燒杯，冷卻后把自制的指示劑倒入潔凈燒杯中。

（3）在白紙上放置潔凈96孔板，依次各用一支潔凈的吸液管各滴入5滴滴眼液、檸檬汁、白醋、食鹽、肥皂、發酵粉、硼砂、潔凈劑于孔板中。

（4）用潔凈洗液管吸取卷心菜汁，在上述孔板中分別加入5滴，用潔凈牙簽攪拌使溶液混合均勻。

（5）觀察每種溶液的顏色，將結果在數據表中，如下表。利用顏色柱形圖（略），將每種溶液大致的pH記錄在數據表中。

3.分析與討論。

（1）解釋數據：食物類溶液，如檸檬汁或醋，是酸性還是堿性？這些溶液不是酸的就是辣的，用什么離子可以解釋這種特征？

（2）解釋數據：潔凈劑溶液是酸性還是堿性？清潔過程中涉及什么離子？

（3）觀察：你如何解釋檸檬汁（檸檬酸溶液）和滴眼液（硼砂溶液）之間pH的差別？

（4）運用變量、常量和控制手段：假定在待測溶液中增加純蒸餾水這一項，這一測試有何目的？

4.應用與評估。

（1）指示劑能否很好測定番茄醬的pH？說明理由。

（2）你可能已發現，某些洗發露指明是平衡pH的，制造商這么說有何意圖？為什么對肥皂或洗滌劑也要作此說明？

（3）分析其他家用溶液與卷心菜汁指示劑反應情況，并說明理由。

5.實驗數據與現象觀察。

二、對我國高中化學實驗教學的啟示

酸、堿和pH知識貫穿中學化學教學的全過程。在我國化學教材及化學教學中，學生對酸、堿和pH的感性認識通常是教師通過測定實驗室的鹽酸、硫酸、氫氧化鈉等溶液pH獲得的，學生普遍感到酸、堿和pH的知識離現實生活很遙遠，不敢輕易動手實驗，害怕被腐蝕；而美國教材中“家用酸和堿”學生實驗，內容均來自常見的生活日用品（包括指示劑），見實驗數據一覽表（略）。學生的實驗不僅很好地將化學知識與生活有機結合，而且減少了在實驗過程中不必要的意外傷害，降低了實驗的危險性，學生自然學得安全、輕松、愉悅。

1.關注生命，玩得安全。

雖然中學生喜愛化學實驗，但總擔心化學實驗不安全。雖然2012年9月14日教育部公布《中學教師專業標準（試行）》指出：把學生生命安全放在特別重要位置，實驗安全是學校安全工作的專業組成部分。但從目前我國的化學實驗教學來看，幾乎沒有穿實驗服和戴護目鏡的要求，安全知識手冊只是掛在墻上而已。而美國教材中每個實驗安全的內容都關注到學生個體的身心健康發展，以警示圖標呈現給學生，特別注重保障學生在實驗過程中的人身安全，實驗設計體現了人性化、形象化的理念，無疑給學生安全知識的學習帶來了極大幫助，克服了學生害怕做化學實驗的心理，杜絕了實驗中傷害學生事件的發生。美國教材中采用微型化、綠色化的實驗操作，實驗安全、環境保護的理念與做法值得我們反思、借鑒，也希望同行結合校情進行合理的移植使用。

2.貼近生活，玩得有趣。

美國心理學家布盧姆說：“學習的最大動力，是對學習材料的興趣。”美國教材中的實驗內容在選擇上體現與學生身邊生活和社會密切聯系，如《家用酸和堿》實驗用品和材料來自學生的家庭和日常生活中，實驗內容是學生熟悉、感興趣的東西，避免了復雜和偏難的現象，激發了學生實驗和探究的興趣。學生通過對身邊的事物的探究，不僅產生了對熟悉的事物的好奇心，而且加強了課程與社會的密切聯系，體現了STS觀念。教學中只有把化學與身邊的世界相結合，讓學生在一個更加廣闊的知識平臺上獲得對化學多維度、多層面的認識，才能形成良好的化學科學素養。

3.注重方法，玩得科學。

教材中的實驗探究過程按“問題—目標—準備—步驟—分析和討論（或結論）—應用與評估”思路。其一，實驗設計過程注重從宏觀與微觀的角度構建酸堿知識，尤其在感性認識的基礎上，進一步從微觀的角度理解酸或堿的微觀特征，在實驗中樹立物質的微粒觀念。其二，通過比較檸檬汁（檸檬酸溶液）和滴眼液（硼砂溶液）之間pH的差別，從定性酸或堿強度的比較順利過渡到定量pH的學習，大大降低了學習的難度。其三，實驗中指導學生運用變量、常量和控制手段的科學探究的方法，培養學生的理性思維。在我國，學生對酸、堿和pH知識是通過“照方抓藥”實驗的方式認識的。目前我們的實驗教學基本停留在讓學生知道是什么，但不知道為什么，對生活的化學問題不會解釋，更不能很好應用所學知識說明理由。實驗教學在應用與評估方面的空白或缺失，體現在學生考試時實驗試題得分率極低、實驗綜合能力極薄弱。而美國教材實驗設計的綜合性不僅使學生掌握了知識目標，而且實現了多維教學目標，尤其在實驗過程中更體現在滿足學生終身發展的需求上，在學習化學的同時獲得對其他學科的真正理解，發展綜合素質。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2][美]菲利普（Phillips，J.S.），等著.王祖浩，等譯.科學發現者.化學概念與應用[M].杭州：浙江教育出版社，2003.8.

[3]姚曉丹.教育部公布教師專業標準[N].光明日報，2012-09-14.